Esegui il deployment di una rete hub and spoke utilizzando un bilanciatore del carico come hop successivo

Questo tutorial descrive come utilizzare il peering di rete VPC per eseguire il deployment di un'architettura hub e spoke.

Questo tutorial è destinato agli ingegneri di rete cloud e ai professionisti delle operazioni che vogliono implementare un'architettura hub-and-spoke nel loro ambienteGoogle Cloud utilizzando appliance centralizzate costituite da macchine virtuali Compute Engine. In questo tutorial, esegui il deployment di queste macchine virtuali come gateway NAT, ma puoi utilizzare lo stesso approccio per altre funzioni, come i firewall di nuova generazione. Questo tutorial presuppone che tu abbia familiarità con le reti VPC e Compute Engine.

Architettura

In questa architettura, un insieme di reti VPC spoke comunica con l'esterno tramite una rete VPC hub in cui il traffico viene instradato attraverso un pool centralizzato di appliance, in questo caso gateway Network Address Translation (NAT). Le route pertinenti vengono esportate dalla rete VPC hub nelle reti VPC spoke. I gateway NAT sono configurati come backend di un bilanciatore del carico interno con una nuova route predefinita, che ha un bilanciatore del carico di rete passthrough interno di Cloud Load Balancing come hop successivo.

Puoi ottenere lo stesso tipo di distribuzione del carico e alta disponibilità utilizzando più route con il routing ECMP (Equal-cost multipath). Tuttavia, l'utilizzo del bilanciatore del carico di rete passthrough interno presenta i seguenti vantaggi:

  • Il traffico viene inoltrato solo alle istanze integre quando utilizzi i controlli di integrità. Con ECMP, il traffico viene inoltrato a tutte le istanze attive a cui punta la route; l'utilizzo di un bilanciatore del carico di rete passthrough interno elimina la possibilità di route inutilizzate. Inoltre, non è necessario pulire le route quando le istanze vengono terminate o riavviate.
  • Il failover è potenzialmente più veloce perché puoi ottimizzare i timer del controllo di integrità. Se utilizzi gruppi di istanze gestite e la riparazione automatica, puoi comunque personalizzare i timer del controllo di integrità, ma vengono utilizzati per ricreare l'istanza, non per instradare il traffico.

Google offre anche Cloud NAT come servizio gestito, che offre alta disponibilità senza gestione e intervento da parte dell'utente. Tuttavia, Cloud NAT non è supportato in questo caso d'uso perché la configurazione NAT non viene importata in una rete in peering.

Il seguente diagramma mostra la topologia che crei in questo tutorial.

Architettura di una rete VPC hub con due reti VPC spoke.

La topologia è costituita da una rete VPC hub e da due reti VPC spoke in peering con la rete VPC hub tramite il peering di rete VPC. La rete VPC hub ha due istanze del gateway NAT dietro un bilanciatore del carico di rete passthrough interno. Una route statica predefinita (0/0 NAT-GW-ILB) punta al bilanciatore del carico di rete passthrough interno come hop successivo. Questa route statica predefinita viene esportata tramite peering di rete VPC utilizzando le route personalizzate.

Obiettivi

  • Crea più reti VPC e esegui il peering utilizzando un'architettura hub e spoke.
  • Crea e configura i gateway NAT nella rete VPC hub.
  • Configura il bilanciatore del carico di rete passthrough interno come hop successivo.
  • Verifica la connettività dalle reti VPC spoke a internet pubblico.

Costi

In questo documento, utilizzi i seguenti componenti fatturabili di Google Cloud:

Per generare una stima dei costi in base all'utilizzo previsto, utilizza il calcolatore prezzi.

I nuovi Google Cloud utenti potrebbero avere diritto a una prova gratuita.

Al termine delle attività descritte in questo documento, puoi evitare l'addebito di ulteriori costi eliminando le risorse che hai creato. Per ulteriori informazioni, vedi Pulizia.

Prima di iniziare

  1. Sign in to your Google Cloud account. If you're new to Google Cloud, create an account to evaluate how our products perform in real-world scenarios. New customers also get $300 in free credits to run, test, and deploy workloads.

  2. In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

    Go to project selector

  3. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

  4. Enable the Compute Engine API.

    Enable the API

  5. In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

    Go to project selector

  6. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

  7. Enable the Compute Engine API.

    Enable the API

    8.

  8. In the Google Cloud console, activate Cloud Shell.

    Activate Cloud Shell

    At the bottom of the Google Cloud console, a Cloud Shell session starts and displays a command-line prompt. Cloud Shell is a shell environment with the Google Cloud CLI already installed and with values already set for your current project. It can take a few seconds for the session to initialize.

    9. In questo tutorial, esegui tutti i comandi da Cloud Shell.

    Configurazione dell'ambiente

    1. In Cloud Shell, assicurati di lavorare nel progettoGoogle Cloud che hai creato o selezionato. Sostituisci project-id con il tuo progetto Google Cloud .

      gcloud config set project project-id

export PROJECT_ID=`gcloud config list --format="value(core.project)"`

    2. Imposta la regione e la zona di computing predefinite.

      gcloud config set compute/region us-central1
gcloud config set compute/zone us-central1-c
export REGION=us-central1
export ZONE=us-central1-c

      In questo tutorial, la regione è us-central1 e la zona è us-central1-c.

    Creazione delle reti e delle subnet VPC

    1. In Cloud Shell, crea la rete VPC hub e la subnet:

      gcloud compute networks create hub-vpc --subnet-mode custom

gcloud compute networks subnets create hub-subnet1 \
    --network hub-vpc --range 10.0.0.0/24

    2. Crea le reti VPC spoke, denominate spoke1-vpc e spoke2-vpc, con una subnet ciascuna:

      gcloud compute networks create spoke1-vpc --subnet-mode custom

gcloud compute networks create spoke2-vpc --subnet-mode custom

gcloud compute networks subnets create spoke1-subnet1 \
    --network spoke1-vpc --range 192.168.1.0/24

gcloud compute networks subnets create spoke2-subnet1 \
    --network spoke2-vpc --range 192.168.2.0/24

    3. Crea regole firewall nella rete VPC hub e nelle reti VPC spoke. Queste regole consentono il traffico interno (TCP/80 e 443, UDP/53 e ICMP) dagli intervalli RFC 1918 specificati:

      gcloud compute firewall-rules create hub-vpc-web-ping-dns \
    --network hub-vpc --allow tcp:80,tcp:443,icmp,udp:53 \
    --source-ranges 10.0.0.0/24,192.168.1.0/24,192.168.2.0/24

gcloud compute firewall-rules create spoke1-vpc-web-ping-dns \
    --network spoke1-vpc --allow tcp:80,tcp:443,icmp,udp:53 \
    --source-ranges 10.0.0.0/24,192.168.1.0/24

gcloud compute firewall-rules create spoke2-vpc-web-ping-dns \
    --network spoke2-vpc --allow tcp:80,tcp:443,icmp,udp:53 \
    --source-ranges 10.0.0.0/24,192.168.2.0/24

    4. Crea regole firewall nella rete VPC hub e nelle reti VPC spoke per consentire a IAP per SSH di accedere a tutte le tue macchine virtuali:

      gcloud compute firewall-rules create hub-vpc-iap \
    --network hub-vpc --allow tcp:22 \
    --source-ranges 35.235.240.0/20

gcloud compute firewall-rules create spoke1-vpc-iap \
    --network spoke1-vpc --allow tcp:22 \
    --source-ranges 35.235.240.0/20

gcloud compute firewall-rules create spoke2-vpc-iap \
    --network spoke2-vpc --allow tcp:22 \
    --source-ranges 35.235.240.0/20

      Questo tutorial utilizza Identity-Aware Proxy (IAP) per SSH. Per saperne di più, consulta Connessione a istanze senza indirizzi IP esterni.

    5. Crea una regola firewall per consentire i controlli di integrità per i gruppi di istanze con riparazione automatica nella rete VPC hub:

      gcloud compute firewall-rules create hub-vpc-health-checks \
    --network hub-vpc --allow tcp:443 --target-tags nat-gw \
    --source-ranges 130.211.0.0/22,35.191.0.0/16

    Creazione delle istanze e delle route richieste

    1. In Cloud Shell, crea il modello di istanza per il gateway NAT che ha uno script di avvio che configura il gateway NAT:

      gcloud compute instance-templates create \
  hub-nat-gw-ilbnhop-template \
  --network hub-vpc \
  --subnet hub-subnet1 \
  --machine-type n1-standard-2 --can-ip-forward \
  --tags nat-gw --scopes default,compute-rw \
  --metadata startup-script='#! /bin/bash
apt-get update
# Enable IP forwarding:
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
echo "net.ipv4.ip_forward=1" > /etc/sysctl.d/20-example.conf
# Read VM network configuration:
md_vm="http://metadata.google.internal/computeMetadata/v1/instance/"
md_net="$md_vm/network-interfaces"
nic0_gw="$(curl $md_net/0/gateway -H "Metadata-Flavor:Google")"
nic0_mask="$(curl $md_net/0/subnetmask -H "Metadata-Flavor:Google")"
nic0_addr="$(curl $md_net/0/ip -H "Metadata-Flavor:Google")"
nic0_id="$(ip addr show | grep $nic0_addr | tail -c 5)"
# Use a web server to pass the health check for this example.
# In production, use a more complete test.
sudo apt-get update
sudo apt-get install apache2 -y
sudo a2ensite default-ssl
sudo a2enmod ssl
echo "Example web page to pass health check" | \
tee /var/www/html/index.html
sudo systemctl restart apache2
# Enable IP masquerading
iptables -t nat -A POSTROUTING -o $nic0_id -j MASQUERADE'

      Questo tutorial utilizza n1-standard-2 come tipo di istanza, ma puoi utilizzare qualsiasi altro numero o dimensione di gateway che preferisci. Assicurati di considerare fattori come la larghezza di banda di uscita massima per VM.

    2. Crea un controllo di integrità HTTP:

      gcloud compute health-checks create http nat-gw-ilbnhop-health-check \
    --region us-central1 \
    --port 80

    3. Crea un gruppo di istanze regionale con due istanze distribuite in una singola regione:

      gcloud compute instance-groups managed create \
    hub-nat-gw-ilbnhop-mig \
    --region us-central1 --size=2 \
    --template=hub-nat-gw-ilbnhop-template \
    --health-check nat-gw-ilbnhop-health-check \
    --initial-delay 15

      In questo tutorial, il ritardo iniziale è impostato su 15 secondi. In un deployment di produzione, personalizza questa impostazione in base ai tuoi requisiti. Questo tutorial non utilizza policy di scalabilità automatica.

    4. Crea un servizio di backend e aggiungi il gruppo di istanze:

      gcloud compute backend-services create hub-nat-gw-ilbnhop-backend \
    --load-balancing-scheme=internal \
    --protocol=tcp \
    --health-checks=nat-gw-ilbnhop-health-check

gcloud compute backend-services add-backend \
    hub-nat-gw-ilbnhop-backend \
    --instance-group=hub-nat-gw-ilbnhop-mig \
    --instance-group-region=us-central1

    5. Crea una regola di forwarding:

      gcloud compute forwarding-rules create \
    hub-nat-gw-ilbnhop \
    --load-balancing-scheme=internal \
    --network=hub-vpc \
    --subnet=hub-subnet1 \
    --address=10.0.0.10 \
    --ip-protocol=TCP \
    --ports=all \
    --backend-service=hub-nat-gw-ilbnhop-backend \
    --backend-service-region=us-central1 \
    --service-label=hub-nat-gw-ilbnhop

      Anche se la regola di forwarding è definita solo con TCP, quando utilizzi il bilanciatore del carico di rete passthrough interno come hop successivo, la regola di forwarding inoltra tutto il traffico a tutte le porte delle VM di backend. Il bilanciatore del carico di rete passthrough interno è un bilanciatore del carico regionale.

    6. Crea una nuova route con la regola di forwarding come hop successivo:

      gcloud compute routes create hub-nat-gw-ilbnhop \
    --network=hub-vpc \
    --destination-range=0.0.0.0/0 \
    --next-hop-ilb=hub-nat-gw-ilbnhop \
    --next-hop-ilb-region=us-central1 \
    --priority=800

      Puoi specificare i tag di rete in modo che la route di hop successivo si applichi solo alle istanze client configurate con il tag, ma i tag non vengono esportati o importati tramite il peering di rete VPC.

    7. Elimina la route predefinita dal VPC hub:

      export hub_default_route=$(gcloud compute routes list \
    --format="value(name)" --filter="network:hub-vpc AND \
    nextHopGateway:default-internet-gateway" | head -n 1)
gcloud compute routes delete $hub_default_route -q

    8. Crea una nuova route con tag per consentire il traffico solo dai gateway NAT:

      gcloud compute routes create hub-default-tagged \
    --network hub-vpc --destination-range 0.0.0.0/0 \
    --next-hop-gateway default-internet-gateway \
    --priority 700 --tags nat-gw

    9. Elimina le route predefinite a internet dal VPC di ogni spoke:

      export spoke1_default_route=$(gcloud compute routes list \
    --format="value(name)" --filter="network:spoke1-vpc AND \
    nextHopGateway:default-internet-gateway")

gcloud compute routes delete $spoke1_default_route -q

export spoke2_default_route=$(gcloud compute routes list \
    --format="value(name)" \
    --filter="network:spoke2-vpc AND nextHopGateway:default-internet-gateway")

gcloud compute routes delete $spoke2_default_route -q

      In caso di conflitto tra percorsi locali e importati, quelli locali hanno sempre la precedenza. Per saperne di più, consulta la sezione Ordine di routing.

    10. Crea VM client:

      gcloud compute instances create spoke1-client \
    --subnet=spoke1-subnet1 --no-address \
    --metadata startup-script='#! /bin/bash
apt-get update
apt-get install dnsutils -y'

gcloud compute instances create spoke2-client \
    --subnet=spoke2-subnet1 --no-address \
    --metadata startup-script='#! /bin/bash
apt-get update
apt-get install dnsutils -y'

    Creazione delle connessioni di peering di rete VPC

    Il peering di rete VPC è bidirezionale e pertanto deve essere definito su entrambe le estremità. Una rete VPC può eseguire il peering con più reti VPC, ma si applicano limiti. Per raggiungere la route predefinita tramite il peering di rete VPC, utilizza la funzionalità importazione ed esportazione di route personalizzate tramite il peering di rete VPC.

    Per questo tutorial, crei tutte le reti VPC nello stessoGoogle Cloud progetto.

    1. In Cloud Shell, crea le connessioni VPC dalla rete VPC hub alle reti VPC spoke con il flag di esportazione delle route abilitato:

      gcloud compute networks peerings create hub-to-spoke1 \
    --network hub-vpc --peer-network spoke1-vpc \
    --peer-project $PROJECT_ID \
    --export-custom-routes

gcloud compute networks peerings create hub-to-spoke2 \
    --network hub-vpc --peer-network spoke2-vpc \
    --peer-project $PROJECT_ID \
    --export-custom-routes

    2. Crea una connessione di peering di rete VPC dalla rete VPC spoke1 alla rete VPC hub con il flag di importazione delle route abilitato:

      gcloud compute networks peerings create spoke1-to-hub \
    --network spoke1-vpc --peer-network hub-vpc \
    --peer-project $PROJECT_ID \
    --import-custom-routes

    3. Crea una connessione di peering di rete VPC dalla rete VPC spoke2 alla rete VPC hub con il flag di importazione delle route abilitato:

      gcloud compute networks peerings create spoke2-to-hub \
    --network spoke2-vpc --peer-network hub-vpc \
    --peer-project $PROJECT_ID \
    --import-custom-routes

    Verifica della propagazione e della connettività delle route

    1. In Cloud Shell, verifica che le route statiche siano state create correttamente nell'ambito degli script di avvio.

      gcloud compute routes list --filter="network:hub-vpc"

      Assicurati che le route hub-default-tagged e hub-nat-gw-ilbanhop siano presenti nell'output:

      NAME                            NETWORK  DEST_RANGE      NEXT_HOP                  PRIORITY
default-route-13a4b635b5eab48c  hub-vpc  10.0.0.0/24     hub-vpc                   1000
hub-default-tagged              hub-vpc  0.0.0.0/0       default-internet-gateway  700
hub-nat-gw-ilbanhop             hub-vpc  0.0.0.0/0       10.0.0.10                 800
peering-route-3274f1257a9842a0  hub-vpc  192.168.2.0/24  hub-to-spoke2             1000
peering-route-798c5777f13094bc  hub-vpc  192.168.1.0/24  hub-to-spoke1             1000

    2. Verifica che la tabella di routing spoke1-vpc sia stata importata correttamente:

      gcloud compute routes list --filter="network:spoke1-vpc"

      Assicurati che nell'output sia presente una route che inizia con peering-route con 0.0.0.0/0 come valore di DEST_RANGE:

      NAME                            NETWORK     DEST_RANGE      NEXT_HOP       PRIORITY
default-route-75f6ea8f5fc54813  spoke1-vpc  192.168.1.0/24  spoke1-vpc     1000
peering-route-6c7f130b860bfd39  spoke1-vpc  10.0.0.0/24     spoke1-to-hub  1000
peering-route-9d44d362f98afbd8  spoke1-vpc  0.0.0.0/0       spoke1-to-hub  800

    3. Connettiti a uno dei client tramite SSH tramite IAP:

      gcloud compute ssh spoke1-client --tunnel-through-iap

    4. Verifica la connettività testando il DNS pubblico di Google tramite il gateway NAT:

      sudo hping3 -S -p 80 -c 3 dns.google

      Poiché il bilanciatore del carico di rete passthrough interno supporta TCP e UDP, non puoi verificare la connettività a internet utilizzando un ping basato su ICMP, quindi devi utilizzare uno strumento come hping3.

      L'output è simile al seguente:

      HPING dns.google (eth0 8.8.4.4): S set, 40 headers + 0 data bytes
len=44 ip=8.8.4.4 ttl=126 DF id=0 sport=80 flags=SA seq=0 win=65535 rtt=4.6 ms
len=44 ip=8.8.4.4 ttl=126 DF id=0 sport=80 flags=SA seq=1 win=65535 rtt=4.4 ms
len=44 ip=8.8.4.4 ttl=126 DF id=0 sport=80 flags=SA seq=2 win=65535 rtt=4.3 ms

--- dns.google hping statistic ---
3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 4.3/4.4/4.6 ms

    5. Verifica l'indirizzo IP pubblico che utilizzi per comunicare con internet:

      curl ifconfig.co

      L'output mostra un indirizzo IP pubblico di una delle istanze del gateway NAT. Se esegui di nuovo il comando, l'output potrebbe mostrare un indirizzo IP pubblico diverso perché le connessioni vengono distribuite utilizzando l'affinità di sessione del bilanciamento del carico interno configurato (per impostazione predefinita, IP client, protocollo e porta).

      Il peering di rete VPC non è transitivo, quindi non esiste connettività tra le reti VPC spoke tramite il peering di rete VPC.

    Considerazioni per un ambiente di produzione

    La configurazione che crei in questo tutorial fornisce due gateway NAT in una singola regione. Il bilanciamento del carico ECMP non è perfetto, tuttavia, e un singolo flusso non viene distribuito su più link, il che è ciò che vuoi quando utilizzi dispositivi stateful come firewall di nuova generazione.

    Per eseguire il deployment di questa configurazione nell'ambiente di produzione, tieni presente i seguenti punti:

    • Questa configurazione è ideale per i link in uscita effimeri o non stateful. Se le dimensioni del pool di gateway NAT cambiano, le connessioni TCP potrebbero essere ribilanciate, il che potrebbe comportare il ripristino di una connessione stabilita.
    • I nodi non vengono aggiornati automaticamente, quindi se un'installazione Debian predefinita presenta una vulnerabilità della sicurezza, devi aggiornare manualmente l'immagine.
    • Se hai VM in più regioni, devi configurare i gateway NAT in ogni regione.
    • La larghezza di banda per gateway può variare in base al tipo di hardware. Assicurati di prendere in considerazione fattori come la larghezza di banda di uscita massima per VM. In caso di errore del gateway, il traffico viene distribuito ai gateway rimanenti. Poiché i flussi in esecuzione non vengono riprogrammati, il traffico non si assesta immediatamente quando il gateway torna online. Assicurati quindi di prevedere un overhead sufficiente durante il dimensionamento.
    • Per ricevere avvisi in caso di risultati imprevisti, utilizza Cloud Monitoring per monitorare i gruppi di istanze gestite e il traffico di rete.

    Esegui la pulizia

    Il modo più semplice per eliminare la fatturazione è quello di eliminare il progetto che hai creato per il tutorial. Google Cloud In alternativa, puoi eliminare le singole risorse.

    Elimina il progetto

    1. In the Google Cloud console, go to the Manage resources page.

      Go to Manage resources

    2. In the project list, select the project that you want to delete, and then click Delete.
    3. In the dialog, type the project ID, and then click Shut down to delete the project.

    Elimina le singole risorse

    Se vuoi conservare il progetto Google Cloud , puoi eliminare le risorse che hai creato per questo tutorial.

    1. Elimina le connessioni di peering di rete VPC:

      gcloud compute networks peerings delete spoke2-to-hub \
    --network spoke2-vpc -q

gcloud compute networks peerings delete spoke1-to-hub \
    --network spoke1-vpc -q

gcloud compute networks peerings delete hub-to-spoke1 \
    --network hub-vpc -q

gcloud compute networks peerings delete hub-to-spoke2 \
    --network hub-vpc -q

    2. Elimina le istanze, le risorse del bilanciatore del carico, i modelli e le route:

      gcloud compute instances delete spoke1-client \
  --zone=us-central1-c -q

gcloud compute instances delete spoke2-client \
  --zone=us-central1-c -q

gcloud compute routes delete hub-nat-gw-ilbnhop -q

gcloud compute forwarding-rules delete hub-nat-gw-ilbnhop -q

gcloud compute backend-services delete -q hub-nat-gw-ilbnhop-backend -q

gcloud compute instance-groups managed delete hub-nat-gw-ilbnhop-mig \
  --region us-central1 -q

gcloud compute health-checks delete nat-gw-ilbnhop-health-check -q

gcloud compute instance-templates delete hub-nat-gw-ilbnhop-template -q

gcloud compute routes delete hub-default-tagged -q

    3. Elimina le regole firewall, le subnet e le reti VPC:

      gcloud compute firewall-rules delete spoke2-vpc-iap -q

gcloud compute firewall-rules delete spoke2-vpc-web-ping-dns -q

gcloud compute firewall-rules delete spoke1-vpc-iap -q

gcloud compute firewall-rules delete spoke1-vpc-web-ping-dns -q

gcloud compute firewall-rules delete hub-vpc-iap -q

gcloud compute firewall-rules delete hub-vpc-web-ping-dns -q

gcloud compute firewall-rules delete hub-vpc-health-checks -q

gcloud compute networks subnets delete spoke1-subnet1 \
    --region us-central1 -q

gcloud compute networks subnets delete spoke2-subnet1 \
    --region us-central1 -q

gcloud compute networks subnets delete hub-subnet1 \
    --region us-central1 -q

gcloud compute networks delete spoke1-vpc -q

gcloud compute networks delete spoke2-vpc -q

gcloud compute networks delete hub-vpc -q

    Passaggi successivi